Desarrollo de un entorno de simulación computacional para procesos GMAW basado en modelos físicos acoplados
DOI:
https://doi.org/10.63688/azd6qh78Keywords:
Soldadura GMAW, modelización computacional, plasmas térmicos, software de simulaciónAbstract
La presente investigación aborda la transformación de modelos computacionales de soldadura por arco GMAW hacia entornos de software más accesibles, manteniendo la fidelidad física de los fenómenos representados. El estudio se basa en la integración de modelos de plasmas térmicos, dinámica de fluidos computacional y transferencia de calor, ampliamente utilizados en la simulación de procesos de soldadura industrial. A partir de una revisión de la literatura especializada, se implementó un modelo numérico capaz de reproducir el comportamiento del arco eléctrico, el baño de fusión y la interacción entre el metal y el gas protector. Posteriormente, el código científico original fue refactorizado mediante una arquitectura de software con interfaz gráfica y automatización del flujo de trabajo, reduciendo la complejidad operativa y mejorando la experiencia del usuario. Los resultados muestran una disminución significativa en el tiempo de configuración y ejecución de simulaciones, así como una mayor facilidad en la manipulación de parámetros de entrada. Asimismo, las variables físicas obtenidas, como temperatura del arco, geometría del cordón de soldadura y dinámica del flujo, se mantienen dentro de los rangos reportados en la literatura, lo que confirma la validez del modelo tras su transformación. Se concluye que la integración de modelos físicos avanzados con herramientas de software amigables permite cerrar la brecha entre la investigación académica y la aplicación industrial, facilitando la adopción de simulaciones computacionales en entornos de ingeniería de manufactura.
References
Arora, H., Singh, R., & Brar, G. S. (2019). Thermal and structural modelling of arc welding processes. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 233(7–8). https://doi.org/10.1177/0020294019857747
Cao, Z., Yang, Z., & Chen, X. L. (2004). 3D simulation of weld pool. Welding Journal, 83, 169s–174s. https://app.aws.org/wj/supplement/WJ_2004_83_06_s169.pdf
DebRoy, T., & David, S. A. (1995). Physical processes in fusion welding. Reviews of Modern Physics, 67(1), 85–112. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.67.85
DebRoy, T., et al. (2018). Additive manufacturing of metallic components. Progress in Materials Science, 92, 112–224. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.10.001
Ebrahimi, A., et al. (2021). Simulation of GMAW melt pool dynamics. arXiv. https://arxiv.org/abs/2201.04943
Gleizes, A., Gonzalez, J. J., & Freton, P. (2005). Thermal plasma modelling. Journal of Physics D: Applied Physics, 38(9), R153–R183. https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/9/R01
Goldak, J., Chakravarti, A., & Bibby, M. (1984). A new finite element model for welding heat sources. Metallurgical Transactions B, 15(2), 299–305. https://doi.org/10.1007/BF02667333
Hirt, C. W., & Nichols, B. D. (1981). Volume of Fluid (VOF) method. Journal of Computational Physics, 39(1), 201–225. https://doi.org/10.1016/0021-9991(81)90145-5
Jaidi, J., & Dutta, P. (2001). Modeling transport phenomena in GMAW. Numerical Heat Transfer, Part A, 40(5), 543–562. ttps://doi.org/10.1080/10407780152619838
Kosaka, H., et al. (2015). CFD simulation of arc welding processes. International Journal of Heat and Mass Transfer, 89, 1–12. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.05.006
Lowke, J. J., & Tanaka, M. (2006). LTE-diffusion approximation for arc calculations. Journal of Physics D: Applied Physics, 39(16), 3634–3643. https://doi.org/10.1088/0022-3727/39/16/017
Mundra, K., DebRoy, T., & Kelkar, K. M. (1996). Fluid flow in welding. Numerical Heat Transfer, 29(2), 115–129. https://doi.org/10.1080/10407789608913806
Murphy, A. B. (2001). Thermal plasmas in gas mixtures. Journal of Physics D: Applied Physics, 34(18), R151–R173. https://doi.org/10.1088/0022-3727/34/18/201
Murphy, A. B. (2010). The effects of metal vapour in arc welding. Journal of Physics D: Applied Physics, 43(43), 434001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/43/43/434001
Murphy, A. B. (2011). A self-consistent three-dimensional model of the arc, electrode and weld pool in gas–metal arc welding. Journal of Physics D: Applied Physics, 44(19), 194009. https://doi.org/10.1088/0022-3727/44/19/194009
Murphy, A. B. (2013). Influence of metal vapour in arc welding. Journal of Physics D: Applied Physics, 46(22), 224004. https://doi.org/10.1088/0022-3727/46/22/224004
Murphy, A. B., Nguyen, V., Feng, Y., Thomas, D. G., & Gunasegaram, D. (2017). A desktop computer model of arc welding. Applied Mathematical Modelling, 44, 91–106. https://doi.org/10.1016/j.apm.2016.12.002
Patankar, S. V. (1980). Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Hemisphere Publishing. https://doi.org/10.1201/9781482234213
Quinn, T. P., Szanto, M., Gilad, T., & Shai, I. (2005). A coupled arc and droplet model of GMAW. Science and Technology of Welding and Joining, 10(1), 113–119. https://doi.org/10.1179/174329305X29492
Schnick, M., et al. (2010). Modeling of gas–metal arc welding taking into account metal vapour. Journal of Physics D: Applied Physics, 43(43), 434008. https://doi.org/10.1088/0022-3727/43/43/434008
Wang, L. L., Wang, H. P., Lu, F. G., Murphy, A. B., & Carlson, B. E. (2014). Numerical analysis of Al vapour effects in GMAW. Science and Technology of Welding and Joining, 19(5), 361–368.https://doi.org/10.1179/1362171814Y.0000000200
Xu, G., Hu, J., & Tsai, H. L. (2009). Three-dimensional modeling of arc plasma in GMAW. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52(7–8), 1709–1724. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.09.037
Xu, G., Tsai, H. L., & Hu, J. (2012). 3D plasma arc modeling in GTAW. https://doi.org/10.1115/1.4006091
Yang, Z., Elmer, J. W., Wong, J., & DebRoy, T. (2000). Welding microstructure modelling. Welding Journal, 79, 97s–112s. https://app.aws.org/wj/supplement/WJ_2000_79_03_s97.pdf
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2024 CognitivaTech: Ingeniería de Software Inteligente y Sistemas Adaptativos

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Este artículo se distribuye bajo la licencia Creative Commons Atribución 4.0 . Salvo que se indique lo contrario, el material publicado asociado se distribuye bajo la misma licencia.